Önceki yazılarımızda “Düşük güç RF devrelerde Anten seçimi”, ve “Anten empedans uyumu” konularına değinmiştik. Bu yazımızda ise RF dizaynlarda dikkat edilmesi gereken hususlara değinineceğiz.

RF dizayn oldukça dikkat gerektiren ve bilgi isteyen bir konu. Türkiyede bu işi hakkıyla yerine getiren insanların sayısı bir elin parmaklarını geçeceğini sanmıyorum. Microchip’in bir seminerinde türkiyede araba alarmı konusunda isim yapmış bir firmanın ar-ge personeliyle sohbet etme şansım olmuştu. Ozamanlar RF ürünleri olan bir firmanın ar-ge sinde çalışıyordum . Adam bana bu anten işini nasıl hallediyorsunuz demişti, yani empedans uydurmayı sormuştu ve en ufak bir fikri bile yoktuJ. Hazır modülleri veya çipleri alıp kullandığımız için dizayn için gerekli olan bilgi ve beceriye sahip değiliz maalesef.

Dediğim gibi benim de bu konuda çok tecrübem olmadığı için, aktaracağım bilgilerin bir kısmı tecrübeye dayalı, bir kısmıda tamamen teorik olacak.

Tanımlar

RF: 100 Mega Hertz’den 2 Giga Hertz’e kadar olan elektromanyetik dalgalar.

Microwave: 2 Giga Hertz üzeri elektromanyetik dalgalar

Microstrip: RF/Microwave sinyalleri iletmek için kullanılan PCB yolları

Stripline: Koaksiyel kablo gibi, sinyali iki ground plane arasında ileten kablolar veya PCB de iki toprak katmanı arasında çizilen sinyal yolları.

VCO: Voltage Controlled Oscillator, Gerilim Kotrollü Osilatör

VSWR: Voltage Standing Wave Ratio, yani voltaj duran dalga oranı demektir. Kaynak ile yük arasında empedans uyumu yoksa, kaynaktan yüke gönderilen sinyallerin bir kısmı geriye yansır, ve giden dalgalarla üstüste binerek maksimum ve minumum genlikler oluştururlar. Bu genliklerin oranına Voltaj Duran Dalga oranı denir. Bu oran nekadar düşük olursa okadar iyidir. Animasyonlu anlatım için buraya bakabilirsiniz

PCB dizaynı ve dikkat edilmesi gereken hususlar

Sisteminizdeki Analog, RF ve Dijital kısımları mutlaka birbirlerinden ayırın ve PCB yi çizerken bu blokları tasarladığınız gibi birbirlerine karıştırmadan çizin. Aynı Şekilde RF bileşenleride ayırın, örneğin VCO, Amplifikatör vs. gibi. PCB de yolları çizerken birinin yolunu diğerlerinin içinden geçirmeyin.

  • Mutlaka multilayer (Çok Katlı) PCB kullanmalısınız, Eğer 2 katlı PCB kullanacaksanız , üst yüzde power, sinyaller ve komponentler, alt yüzde ise ground plane olmalıdır.
  • RF/Microwave sinyalleri taşıyan PCB yollarının uzunlukları çok önemlidir. Dalga boyunun yirmide biri uzunluğuna kadar olan yollarda kayıp oluşmaz. 433 Mhz için bu uzunluğu hesaplarsak. λ(dalgaBoyu) = c (ışık hızı)/f(Frekans) λ = 300000000/433000000 = 69,28 cm. λ/20 = 3,46 cm olarak bulunur. Yolun daha uzun çizilmesi gerekiyorsa hat sonunda L,C elemanlarıyla empedans uyumu sağlanmalıdır.
  • Çok katlı PCB kulanacaksanız kısa RF yolları komponent yüzünde çizmeye çalışın. Gürültüyü azaltmak için Power yollarını 2 toprak katmanının arasındaki katta çizin. RF sinyal yollarının altında mutlaka toprak katmanı olmalıdır
  • RF sinyal yolları birbirlerinden uzak tutulmalıdır. Aksi halde birbirlerine etki ederler. (Crosstalk)
  • RF sinyal hattında mümkün olduğu kadar az via kullanın
  • RF IC’lerin toprak bacaklarını en kısa yoldan via’lar la toprağa bağlayınızız. Birden fazla via kullanabilirsiniz, böylelikle topraktan kaynaklanan olumsuz etkileri azaltırsınız.
  • PCB deki tüm katmanlarda çizimlerinizi bitirdiğinizde kalan alanlara toprak bakır pour atın, yani kalan tüm alanı toprak yapın ve bu alanlara λ/20 mesafe aralıklarıyla toprak katlarına inen via’lar yerleştirin.
  • RF sinyali, toprak ile kılavuzlayarak taşıyın.
  • PCB yollarındaki dönüşleri köşeli çizmeyin

  • Birbirine bağlanan yolları T şeklinde bağlayın

  • Bobinler çevrelerinde büyük elektromanyetik alanlar oluştururlar, bu yüzden birbirlerine çok yakın yerleştirmeyin ki birbirlerini etkilemesinler.
  • Besleme voltajlarını dekuple edin. Aşağıda örnek bir devre ve çizilen PCB’sini görebilirsiniz. Düşük değerli kapasitenin çipe daha yakın yerleştirildiğine dikkat edin.

  • Analog ve Dijital toprakları birbirlerinden yarı oluşturun ve ferrit bead’ler le birbirlerine bağlayın.

Burada yazmadığım daha bir sürü dikkat edilmesi gereken husus var. Dediğim gibi RF dizayn zor zanaat. :) Bizim gibi hazır modül kullanıcıları için bukadarı yeterli olur. Cep telefonu PCB’si yapmayacağız :)